斯特林发动机运行特性及多能互补设计优化
发布时间：2021-08-04 12:24
斯特林发动机采用外部加热方式,以气体为工质实现闭式循环,具有热源适应性强、效率高、污染小等优点。随着节能环保需求的提升,斯特林发动机在民用领域逐渐取得推广发展,千瓦级斯特林发动机表现出巨大的市场需求。同时,现有的斯特林发动机几乎均采用成本较高的He或危险性较大的H2,并且依靠单一热源加热,这对斯特林机民用领域的推广应用是不利的。因此为了加强斯特林发动机在民用领域的适用性,本文探究了以CO2等廉价气体作为循环工质的可行性,分析了千瓦级斯特林的运行特性,并对发动机加热系统进行多能互补设计优化。针对工质的单一性问题,基于一台自主设计的100 W级β型斯特林发动机,实验研究了CO2、N2、He三种工质下斯特林发动机的密封性能与运行特性。动态测试结果表明,CO2在6 min的动态测试后剩余量97.31%,可密封性能良好。改变转速、压强后的循环特性结果表明,同一压力（2.84 MPa）、转速（800 rpm）时,He工质循环输出功为116.3 W,CO2工质循环输出功为124.8 W,循环效率均为12.15%,转速降低两种工质的循环输出功接近。因此,CO2在低转速（<800rpm）下作为循环...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碟式光热发电系统
[5]。图1.2 自由活塞热电联供系统此外，斯特林发动机体积小，排热量低，噪音小等特点使其在水下动力、航空领域发挥着越来越重要的作用。现代新型常规潜艇常采用不依赖外界空气提供动力的推进系统（AIP 系统），由于斯特林发动机的外部热源特点，其作为潜艇动力设备隐蔽性高，国内外多种潜艇机型成功使用斯特林发动机作为 AIP 潜艇动力设施。依靠斯特林循环的空间热动力发电装置不受空间微重力甚至零重力条件的影响，随着空间站电力需求的增长，热效率高、质量轻、使用寿命长的优点将更加突出。伴随着斯特林发动机技术的兴起，国内科研机构也对其表现出浓厚的兴趣。中国科学院工程热物理研究所对 10 kW 级碟式光热发电系统中，斯特林发动机的关键技术进行研究[6]。天津大学在利用斯特林发动机回收内燃机及柴油机尾气余热方面进行了一定的研究[7]。华中科技大学对斯特林机回热器进行优化设计，并对强化加热器热管换热进行了部分研究。浙江大学清洁能源利用国家重点实验室也于长期致力于斯特林机的研制和开发工作，且于 2017 年试制出 1 kW 和 2 kW 级样机。
并在工质由冷却器流向加热器时，回热器向工质放出热量，减小加热器和冷却器之间的工作负荷。图1.5 斯特林发动机工作原理示意图理想斯特林循环由两个等温过程及两个定容过程组成，其可以分为如图 1.6 所示的 4 个阶段，分别为：1-2 为等温压缩过程，2-3 为等容加热过程，3-4 为等温膨胀过程，4-1 为等容冷却过程。但实际斯特林循环过程中，由于传动结构的限制，活塞的运动是连续的，此外还伴随传热系数等因素限制，在循环过程中存在各种损失，工作过程不存在完全的等温与等容过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于不同自然工质的斯特林循环特性研究[J]. 王树林,肖刚,瞿凡,倪明江. 工程热物理学报. 2018(10)
[2]基于附壁效应的斯特林机多孔介质加热器传热特性[J]. 潘登宇,李琦芬,李卓能,焦贵海. 科学技术与工程. 2017(35)
[3]碟式斯特林太阳能热发电技术及发展趋势[J]. 陈永,张琛,李威,陈鸶鹭,张建敏. 上海节能. 2016(09)
[4]斯特林发动机管式加热器内振荡流动的换热特性实验研究[J]. 陈聪慧,肖刚,时冰伟,周天学,彭浩. 能源工程. 2014(01)
[5]斯特林发动机用燃气燃烧器设计研究[J]. 来跃深,高慧岭,刘建设. 科技视界. 2014(01)
[6]碟式斯特林太阳能发电系统最新进展[J]. 刘建明,陈革,章其初. 中外能源. 2011(04)
[7]高频热声斯特林发动机的实验研究[J]. 余国瑶,罗二仓,张晓东,戴巍,朱尚龙. 工程热物理学报. 2009(01)
[8]1kWα型斯特林发动机的改造及性能测试[J]. 杨泰蓉,叶宏,王军,I．A．Tursunbaev,程晓舫. 太阳能学报. 2005(05)
[9]斯特林发动机中天然气扩散燃烧的数值分析[J]. 汪海贵,朱辰元,薛飞,阎珽,王芝秋. 舰船科学技术. 2005(05)
博士论文
[1]斯特林发动机性能分析和优化模型的研究[D]. Umair Sultan.浙江大学 2017
[2]碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制[D]. 李铁.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
硕士论文
[1]38kW碟式太阳能斯特林热机腔式吸热器参数设计及热损失模拟[D]. 肖蓉.湖南科技大学 2016
[2]斯特林发动机循环分析方法、内部振荡流换热和整机试验的研究[D]. 时冰伟.浙江大学 2016
[3]自由活塞斯特林发动机热交换器的性能研究[D]. 亓宗磊.南京航空航天大学 2014
[4]1KW斯特林发动机加热器的设计及研究[D]. 黄曼.华中科技大学 2014
[5]碟式太阳能斯特林发动机热交换系统及工质流场分析[D]. 黄军卫.湖南科技大学 2013
[6]一种碟式太阳能斯特林发动机腔式吸热器热性能分析[D]. 陈慧.南京航空航天大学 2012
[7]小型斯特林发动机加热器的设计研究[D]. 李佳星.大连理工大学 2012
[8]碟式太阳能热发电系统中腔式吸热器光热性能的数值研究及优化[D]. 毛青松.华南理工大学 2012
[9]富氧燃烧过程炉内介质辐射传热数值计算[D]. 黄伟.华中科技大学 2012
[10]基于斯特林循环的发动机废气能量回收技术研究[D]. 谢必鲜.天津大学 2010
本文编号：3321693
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碟式光热发电系统
[5]。图1.2 自由活塞热电联供系统此外，斯特林发动机体积小，排热量低，噪音小等特点使其在水下动力、航空领域发挥着越来越重要的作用。现代新型常规潜艇常采用不依赖外界空气提供动力的推进系统（AIP 系统），由于斯特林发动机的外部热源特点，其作为潜艇动力设备隐蔽性高，国内外多种潜艇机型成功使用斯特林发动机作为 AIP 潜艇动力设施。依靠斯特林循环的空间热动力发电装置不受空间微重力甚至零重力条件的影响，随着空间站电力需求的增长，热效率高、质量轻、使用寿命长的优点将更加突出。伴随着斯特林发动机技术的兴起，国内科研机构也对其表现出浓厚的兴趣。中国科学院工程热物理研究所对 10 kW 级碟式光热发电系统中，斯特林发动机的关键技术进行研究[6]。天津大学在利用斯特林发动机回收内燃机及柴油机尾气余热方面进行了一定的研究[7]。华中科技大学对斯特林机回热器进行优化设计，并对强化加热器热管换热进行了部分研究。浙江大学清洁能源利用国家重点实验室也于长期致力于斯特林机的研制和开发工作，且于 2017 年试制出 1 kW 和 2 kW 级样机。
并在工质由冷却器流向加热器时，回热器向工质放出热量，减小加热器和冷却器之间的工作负荷。图1.5 斯特林发动机工作原理示意图理想斯特林循环由两个等温过程及两个定容过程组成，其可以分为如图 1.6 所示的 4 个阶段，分别为：1-2 为等温压缩过程，2-3 为等容加热过程，3-4 为等温膨胀过程，4-1 为等容冷却过程。但实际斯特林循环过程中，由于传动结构的限制，活塞的运动是连续的，此外还伴随传热系数等因素限制，在循环过程中存在各种损失，工作过程不存在完全的等温与等容过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于不同自然工质的斯特林循环特性研究[J]. 王树林,肖刚,瞿凡,倪明江. 工程热物理学报. 2018(10)
[2]基于附壁效应的斯特林机多孔介质加热器传热特性[J]. 潘登宇,李琦芬,李卓能,焦贵海. 科学技术与工程. 2017(35)
[3]碟式斯特林太阳能热发电技术及发展趋势[J]. 陈永,张琛,李威,陈鸶鹭,张建敏. 上海节能. 2016(09)
[4]斯特林发动机管式加热器内振荡流动的换热特性实验研究[J]. 陈聪慧,肖刚,时冰伟,周天学,彭浩. 能源工程. 2014(01)
[5]斯特林发动机用燃气燃烧器设计研究[J]. 来跃深,高慧岭,刘建设. 科技视界. 2014(01)
[6]碟式斯特林太阳能发电系统最新进展[J]. 刘建明,陈革,章其初. 中外能源. 2011(04)
[7]高频热声斯特林发动机的实验研究[J]. 余国瑶,罗二仓,张晓东,戴巍,朱尚龙. 工程热物理学报. 2009(01)
[8]1kWα型斯特林发动机的改造及性能测试[J]. 杨泰蓉,叶宏,王军,I．A．Tursunbaev,程晓舫. 太阳能学报. 2005(05)
[9]斯特林发动机中天然气扩散燃烧的数值分析[J]. 汪海贵,朱辰元,薛飞,阎珽,王芝秋. 舰船科学技术. 2005(05)
博士论文
[1]斯特林发动机性能分析和优化模型的研究[D]. Umair Sultan.浙江大学 2017
[2]碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制[D]. 李铁.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
硕士论文
[1]38kW碟式太阳能斯特林热机腔式吸热器参数设计及热损失模拟[D]. 肖蓉.湖南科技大学 2016
[2]斯特林发动机循环分析方法、内部振荡流换热和整机试验的研究[D]. 时冰伟.浙江大学 2016
[3]自由活塞斯特林发动机热交换器的性能研究[D]. 亓宗磊.南京航空航天大学 2014
[4]1KW斯特林发动机加热器的设计及研究[D]. 黄曼.华中科技大学 2014
[5]碟式太阳能斯特林发动机热交换系统及工质流场分析[D]. 黄军卫.湖南科技大学 2013
[6]一种碟式太阳能斯特林发动机腔式吸热器热性能分析[D]. 陈慧.南京航空航天大学 2012
[7]小型斯特林发动机加热器的设计研究[D]. 李佳星.大连理工大学 2012
[8]碟式太阳能热发电系统中腔式吸热器光热性能的数值研究及优化[D]. 毛青松.华南理工大学 2012
[9]富氧燃烧过程炉内介质辐射传热数值计算[D]. 黄伟.华中科技大学 2012
[10]基于斯特林循环的发动机废气能量回收技术研究[D]. 谢必鲜.天津大学 2010
本文编号：3321693
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